CZ304207B6 - Method of contactless detection of moving object absolute position by making use of coherence granularity phenomenon and apparatus for making the same - Google Patents
Method of contactless detection of moving object absolute position by making use of coherence granularity phenomenon and apparatus for making the same Download PDFInfo
- Publication number
- CZ304207B6 CZ304207B6 CZ2013-164A CZ2013164A CZ304207B6 CZ 304207 B6 CZ304207 B6 CZ 304207B6 CZ 2013164 A CZ2013164 A CZ 2013164A CZ 304207 B6 CZ304207 B6 CZ 304207B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- coherence
- calibration
- displacement
- rotation
- coherent
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 18
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000002211 ultraviolet spectrum Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 30
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 7
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000005210 holographic interferometry Methods 0.000 description 3
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 1
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000004424 eye movement Effects 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 238000011158 quantitative evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001454 recorded image Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
- G01B11/161—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by interferometric means
- G01B11/162—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by interferometric means by speckle- or shearing interferometry
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Způsob bezkontaktní detekce absolutní polohy pohybujícího se předmětu s využitím jevu koherenční zrnitosti a zařízení k provádění tohoto způsobuA method for contactless detection of the absolute position of a moving object using the coherence grain phenomenon and apparatus for performing the method
Oblast technikyTechnical field
Vynález se týká způsobu bezkontaktní detekce absolutní polohy pohybujícího se předmětu s využitím jevu koherenční zrnitosti v optice, vznikajícího při odrazu koherentního nebo částečně koherentního světla od povrchu zkoumavého předmětu, a zařízení k provádění tohoto způsobu.The present invention relates to a method for contactless detection of the absolute position of a moving object using the coherence grain phenomenon in the optics resulting from the reflection of coherent or partially coherent light from the surface of the test item, and apparatus for performing the method.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Řešení problematiky bezkontaktní detekce polohy pohybujícího se předmětu v optice zaznamenala během svého vývoje dvě důležité etapy. První etapa je spojená s metodou holografické interferometrie a svého vrcholu dosáhla v sedmdesátých letech 20. století. Jednalo se především o práci „On direct measurements of strain and rotation in holographic interferometry using the line of complete localization“ (Dubas, M., Schumann, W. Opt. Acta, 22 (10), 1975, str. 807), ve které byl stanoven tenzor deformace na povrchu předmětu a tedy také popsány jeho složky otočení a složky posunutí. Obecná metoda navržená v této práci však, kromě běžných postupů známých z holografické interferometrie, vyžadovala velmi přesnou lokalizaci interferenčních proužků. Přesnost lokalizace byla přitom rozhodujícím ukazatelem pro vyhodnocení otočení a posunutí povrchu zkoumaného předmětu.The solution of contactless detection of the position of moving object in optics has undergone two important stages during its development. The first stage is connected with the method of holographic interferometry and reached its peak in the 1970s. It was mainly the work "On direct measurements of strain and rotation in holographic interferometry using the line of complete localization" (Dubas, M., Schumann, W. Opt. Acta, 22 (10), 1975, p. 807), in which has been determined by the deformation tensor on the surface of the object and thus also described its rotation and displacement components. However, the general method proposed in this work, in addition to the conventional techniques known from holographic interferometry, required very precise localization of interference strips. The accuracy of localization was a decisive indicator for the evaluation of the rotation and displacement of the surface of the examined object.
Další etapa je již spojena s fenoménem koherenční zrnitosti, jehož základní vlastnosti a možný aplikační potenciál jsou zdařile popsány v publikacích „Laser Speckle and Application in Optics'‘ (Francon, M., Academie Press, New York, 1979) a „Laser speckle and related phenomena (Ed. by Dainty, J. C., Springer-Verlag, Berlin, 1984). Metody založené na tomto jevu zaznamenaly prudký rozvoj v polovině sedmdesátých let 20. století. V literatuře můžeme nalézt mnoho způsobů, jak měřit relativní otočení nebo relativní posunutí předmětu užitím jevu koherenční zrnitosti. Jedná se především o metodu fotografickou a korelační.The next stage is already associated with the coherence grain phenomenon, whose basic properties and possible application potential are well described in the publications "Laser Speckle and Application in Optics" (Francon, M., Academic Press, New York, 1979) and "Laser speckle and related phenomena (Ed. by Dainty, JC, Springer-Verlag, Berlin, 1984). Methods based on this phenomenon experienced rapid development in the mid-1970s. There are many ways in the literature to measure the relative rotation or relative displacement of an object using the coherence grain phenomenon. This is primarily a photographic and correlation method.
Ve fotografii na bázi koherenční zrnitosti popsané v článcích „Displacement Measuremenet from Doubíe-exposure Laser Photographs (Archbold, E., Ennos, A. E., Opt. Acta 19, 1972, str. 253) a „A study of the use of laser speckle to measure smáli tilts of optically rough surfaces accurately (Tiziani, H. J. Opt. Commun., 5, 1972, str. 271) jsou nejprve dvě struktury koherenční zrnitosti navzájem posunuté ve směru ortogonálním ke směru pozorování, vlivem malého otočení předmětu okolo osy ležící v rovině jeho povrchu, nebo malého posunutí předmětu v rovině jeho povrchu, zaznamenány dvojexpozicí do vrstvy světlocitlivého materiálu. Po jejím vyvolání a osvětlení pak směr a velikost relativního otočení nebo relativního posunutí zkoumaného předmětu plyne z analýzy směru a periody interferenčních proužků v oblasti Fourierovy transformace. Vyhodnocení otočení předmětu je v tomto případě analogické detekci sklonu povrchu předmětu. Důležitou roli pro stanovení rozlišovací schopnosti metody představuje také velikost zrn ve struktuře koherenční zrnitosti. Posuv pole koherenční zrnitosti odpovídající vykonanému otočení nebo posunutí předmětu musí být větší než je rozměr samotných zrn. Vývoj moderních optoelektronických komponent, především maticových snímačů, pak vedl od poloviny devadesátých let 20. století k digitální modifikaci výše zmíněné metody, viz například článek „Some Recent Advances in Electronic Speckle Photography (Sjódahl, M. Opt. Lasers Eng., 29 (2-3), 1998, str. 125).In the speckle-grained photograph described in the articles "Displacement Measuremenet from Doubíe-exposure Laser Photographs" (Archbold, E., Ennos, AE, Opt. Acta 19, 1972, p. 253) and "A study of the use of laser speckle to First, two coarse grain structures are shifted relative to one another in the orthogonal direction to the direction of observation, due to the small rotation of the object about its axis in the plane of its measure. (Tiziani, HJ Opt. Commun., 5, 1972, p. 271) surface, or small displacement of the object in the plane of its surface, recorded by double exposure to the layer of photosensitive material. After its evolution and illumination, the direction and magnitude of the relative rotation or relative displacement of the test item results from the analysis of the direction and period of the interference strips in the Fourier transform region. The evaluation of the rotation of the object in this case is analogous to the detection of the inclination of the object surface. The grain size in the coherent grain structure also plays an important role in determining the resolution of the method. The displacement of the coherence grain field corresponding to the rotation or displacement of the object must be greater than the grain size itself. The development of modern optoelectronic components, especially matrix sensors, has led to the digital modification of the above-mentioned method since the mid-1990s, see, for example, “Some Recent Advances in Electronic Speckle Photography” (Sjódahl, M. Opt. Lasers Eng., 29 (2)). -3), 1998, p. 125).
Metoda korelační nevyžaduje omezující podmínku na velikost zrn ve struktuře koherenční zrnitosti a rovněž nepracuje s interferenčními proužky. Je založena na statistickém přístupu, jak je uvedeno v článcích „Speckle displacement and decorrelation in the diffraction and image fields for smáli object deformation (Yamaguchi, I. Opt. Acta, 28 (10), 1981, str. 1359) a „Laser speckle rotary encoder (Yamaguchi, 1., Fujita, T. Appl. Opt., 28 (20), 1989, str. 4401) neboThe correlation method does not require a grain size constraint in the coherence grain structure, nor does it work with interference strips. It is based on a statistical approach as described in the articles "Speckle displacement and decorrelation in the diffraction and image fields for laughter object deformation (Yamaguchi, I. Opt. Acta, 28 (10), 1981, p. 1359) and" Laser speckle. rotary encoder (Yamaguchi, 1st, Fujita, T. Appl. Opt., 28 (20), 1989, p. 4401) or
- 1 CZ 304207 B6 v monografii „Koherenční zrnitost v optice“ (Hrabovský, M., Bača, Z., Horváth, P., Univerzita Palackého v Olomouci, Olomouc, 2001). Poloha maxima funkce vzájemné korelace struktur koherenčních zrnitostí zaznamenaných světlocitlivým obrazovým snímačem před a po otočení nebo posunutí předmětu generujícího pole koherenční zrnitosti poskytuje informaci o velikosti relativního posunutí tohoto pole. Z posuvu pole lze následně určit i požadovanou informaci o relativní změně stavu, například otočení nebo posunutí povrchu zkoumaného předmětu. Tato problematika je všeobecně známá.- 1 CZ 304207 B6 in the monograph “Coherence Grain in Optics” (Hrabovský, M., Bača, Z., Horváth, P., Palacký University in Olomouc, Olomouc, 2001). The position of the maximum correlation function of the coherent granularity structures recorded by the light-sensitive image sensor before and after the rotation or displacement of the object generating the coherent granularity field provides information on the magnitude of the relative displacement of that field. From the displacement of the field, it is also possible to determine the required information about the relative change of state, for example the rotation or displacement of the surface of the examined object. This is generally known.
Ze spisu CZ 295817 je rovněž známo zařízení pro bezkontaktní snímání stability polohy předmětu, které řeší využití obráceného efektu jevu koherenčn í zrnitosti pouze k registraci změny polohy předmětu, avšak bez možnosti jejího přesného kvantifikovaného, tedy číselného, vyhodnocení. Dále ve spise CZ 302107 je popsáno zařízení pro kvantitativní vyhodnocování pohybu lidského oka či obecných fyzických objektů, tedy dynamického chování všech složek tzv. tenzoru malé deformace elementu povrchu zkoumaného objektu. U tohoto zařízení je nutné při vyhodnocování stanovit konkrétní složku otočení nebo posunutí tenzoru malé deformace dle odvozeného modelu měření uvedeného, například, v publikacích „Theory of speckle displacement and decorrelation and its application in mechanics“ (Hrabovský, M., Bača, Z., Horváth, P., Opt. Lasers Eng. 32 (4), 2000, str. 395) a „Full theory of speckle displacement and decorrelation in the image field by wave and geometrical description and its application in mechanics “ (Horváth, P., Hrabovský, M., Šmíd, P. J. Mod. Opt., 51 (5), 2004, str. 725).From CZ 295817 there is also known a device for contactless sensing of the position stability of an object, which solves the use of the reverse effect of the coherence grain phenomenon only to register the change of the position of the object, but without the possibility of its precise quantified (numerical) evaluation. Further, CZ 302107 describes a device for quantitative evaluation of human eye movement or general physical objects, ie dynamic behavior of all components of the so-called tensor of small deformation of the surface element of the examined object. For this device, it is necessary to determine the specific component of the small deformation tensor rotation or displacement according to the derived model of measurement given, for example, in "Theory of Speckle Displacement and Decoration and Its Application in Mechanics" (Hrabovský, M., Bača, Z., Horváth, P., Opt. Lasers Eng. 32 (4), 2000, p. 395) and "Full theory of speckle displacement and decorrelation in the image field by wave and geometrical description and its application in mechanics" (Horváth, P. , Hrabovsky, M., Smid, PJ Mod. Opt., 51 (5), 2004, p. 725).
Snahou předkládaného vynálezu je navrhnout takový způsob bezkontaktní detekce absolutní polohy pohybujícího se předmětu s využitím jevu koherenční zrnitosti v optice, kdy sledovaný objekt je osvětlován svazkem koherentního nebo kvazikoherentního záření ze zdroje záření, pracujícího ve viditelné, blízké infračervené nebo blízké ultrafialové, oblasti spektra, přičemž součástí vynálezu je i zařízení k provádění tohoto způsobu. Předkládaným vynálezem je umožněna registrace změny polohy předmětu s možností jejího přesného kvantifikovaného, tedy číselného, vyhodnocení, přičemž není nutné při vyhodnocení stanovit konkrétní složku otočení nebo posunutí tenzoru malé deformace dle odvozeného modelu měření, neboť hledaná hodnota složky otočení nebo posunutí se neurčuje pomocí odvozeného modelu měření, tj. z funkční závislosti mezi detekovaným posuvem pole koherenční zrnitosti a odpovídající velikostí složky relativního otočení nebo relativního posunutí předmětu pro dané geometrické parametry experimentální sestavy.It is an object of the present invention to provide such a method of contactless detection of the absolute position of a moving object using a coherence grain phenomenon in optics, wherein the object of interest is illuminated by a beam of coherent or quasi-coherent radiation from a radiation source operating in visible, near infrared or near ultraviolet. an apparatus for carrying out this method is also part of the invention. The present invention makes it possible to register a change in the position of an object with the possibility of its precise quantified, i.e. numerical, evaluation, and it is not necessary to determine a specific rotation or displacement tensor component according to a derived measurement model. measurement, i.e., from the functional dependence between the detected coherence grain displacement and the corresponding magnitude of the relative rotation or relative displacement component for a given geometric parameter of the experimental assembly.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Uvedeného cíle je dosaženo vynálezem, kterým je způsob bezkontaktní detekce absolutní polohy pohybujícího se předmětu s využitím jevu koherenční zrnitosti, kdy sledovaný objekt je osvětlován svazkem koherentního nebo kvazikoherentního záření ze zdroje záření, pracujícího ve viditelné, blízké infračervené nebo blízké ultrafialové, oblasti spektra, kde podstata řešení spočívá v tom, že nejprve, ve fázi kalibrace, je pole koherenční zrnitosti generované zkoumaným otáčejícím se nebo posunujícím se objektem pro každou polohu jeho otočení nebo posunutí zaznamenáváno na obrazový snímač spolu s informací o velikosti otočení nebo posunutí, když tyto informace jsou ukládány do paměti snímače či řídicího a vyhodnocovacího systému zaznamenávajícího změnu polí koherenční zrnitosti, a následně, ve fázi měření a vyhodnocování detekce polohy otočení nebo posunutí předmětu, je zaznamenané pole koherenční zrnitosti pro neznámou polohu zkoumaného objektu porovnáváno se snímky polí koherenčních zrnitostí uloženými během kalibrace a jsou identifikovány kalibrační a měřicí výstupní snímky s vysoce korelovanými záznamy polí koherenčních zrnitostí, kterým odpovídá vždy jedna konkrétní poloha otočení nebo posunutí zkoumaného předmětu.This object is achieved by the invention which is a method of contactless detection of the absolute position of a moving object using the coherence grain phenomenon, wherein the object of interest is illuminated by a beam of coherent or quasi-coherent radiation from a radiation source operating in visible, near infrared or near ultraviolet. The principle of the solution is that first, at the calibration stage, the coherence grain field generated by the investigating rotating or shifting object for each rotation or displacement position is recorded on the image sensor along with the amount of rotation or displacement when this information is stored. a coherence field is recorded in the memory of the sensor or control and evaluation system recording the change in the coherence grain field, and subsequently, in the phase of measuring and evaluating the detection of the position of rotation or displacement of the object The grain size for an unknown position of the object being compared is compared to images of coherence grain fields stored during calibration, and calibration and measurement output images with highly correlated coherence grain field records corresponding to one particular position of rotation or displacement of the test item are identified.
Také je podstatou vynálezu zařízení pro bezkontaktní detekci absolutní polohy pohybujícího se předmětu s využitím jevu koherenční zrnitosti obsahující osvětlovací blok sestávající jednak ze zdroje záření pracujícím ve viditelné, blízké infračervené nebo blízké ultrafialové, oblasti spektra,The invention also relates to a device for contactless detection of the absolute position of a moving object using a coherent grain phenomenon comprising an illuminating block consisting of a radiation source operating in the visible, near infrared or near ultraviolet regions of the spectrum,
-2CZ 304207 B6 a jednak z osvětlovací optické soustavy polohovatelné ustavené v motorickém posuvném systému, který je uložen mezi objektem a vlastním zdrojem záření a je napojen na řídicí a vyhodnocovací systém, přičemž zdroj záření, motorický posuvný systém a řídicí a vyhodnocovací systém jsou napojeny na napájecí zdroj a ve zvolené rovině pozorování objektu je umístěn obrazový snímač napojený na řídicí a vyhodnocovací systém, kde objekt je umístěn na otočném a posuvném členu tvořícím s objektem jeden segment pro kalibraci a následnou detekci absolutní polohy objektu, přičemž otočný a posuvný člen je napájen zdrojem elektrického napětí a je propojen s řídicím a vyhodnocovacím systémem.-2GB 304207 B6 and, secondly, an illuminating optical system adjustable in a motorized sliding system which is interposed between the object and its own radiation source and is connected to a control and evaluation system, wherein the radiation source, the motor sliding system and the control and evaluation system are connected to power source and in the selected plane of observation of the object is located image sensor connected to the control and evaluation system, where the object is located on the rotary and sliding member forming with the object a segment for calibration and subsequent detection of the absolute position of the object voltage and is connected to the control and evaluation system.
Také je výhodné, když mezi objekt sledovaného segmentu a obrazový snímač je vložena zobrazovací optická soustava.It is also advantageous if an imaging optical system is interposed between the object of the monitored segment and the image sensor.
Způsobem podle vynálezu se dosahuje nového a vyššího účinku v tom, že pro přesnou kvantifikaci polohy otočení nebo posunutí zkoumaného předmětu již není nutné znát hodnoty geometrických parametrů experimentální sestavy. Požadovaná informace se získá pouze statistickým, korelačním, porovnáváním zaznamenaného snímku pole koherenční zrnitosti při měření se snímky polí koherenčních zrnitostí zaznamenaných při kalibraci, přičemž přesná kvantifikace polohy otočení nebo posunutí zkoumaného předmětu je absolutní.The method of the invention achieves a new and higher effect in that it is no longer necessary to know the geometric parameter values of the experimental assembly to accurately quantify the position of rotation or displacement of the test item. The required information is obtained only by statistical, correlating, comparing the recorded image of the coherence grain field when measured with the coherence grain field images recorded during calibration, the exact quantification of the rotation or displacement position of the test item being absolute.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Konkrétní příklady provedení vynálezu jsou schematicky znázorněny na připojených výkresech, kde obr. 1 je blokové schéma základního provedení zařízení se zkoumaným objektem, který je umístěn na otočném a posuvném členu tvořícím s objektem jeden segment, obr. 2 je blokové schéma zařízení v alternativním proveden í, obr. 3 je příklad výstupů vzájemné korelace intenzitních signálů ve struktuře polí koherenčních zrnitostí, kde mezi všemi intenzitními signály jsou identifikovány dva vysoce korelované signály kalibrační a měřicí a bylo nalezeno korelační maximum, obr. 4 je příklad výstupů vzájemné korelace intenzitních signálů ve struktuře polí koherenčních zrnitostí, kde všechny intenzitní signály kalibrační a měřicí jsou identifikovány jako rozdílné a nebylo nalezeno korelační maximum.Specific embodiments of the invention are schematically illustrated in the accompanying drawings, in which: Figure 1 is a block diagram of a basic embodiment of a device with the object under investigation, positioned on a rotatable and sliding member forming one segment with the object; Fig. 3 is an example of outputs of mutual correlation of intensity signals in the field structure of coherent granularity, where two highly correlated calibration and measurement signals were identified between all intensity signals and a correlation maximum was found; Fig. 4 is an example of outputs of mutual correlation of intensity signals in field structure coherence granularity, where all calibration and measurement intensity signals are identified as different and no correlation peak is found.
Výkresy, které znázorňují představovaný vynález, a následně popsané příklady konkrétních provedení v žádném případě neomezují rozsah ochrany uvedený v definici, ale jen objasňují podstatu vynálezu.The drawings which illustrate the present invention and the following examples of specific embodiments do not in any way limit the scope of protection given in the definition, but merely illustrate the nature of the invention.
Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
V základním provedení podle obr. 1 je objekt _H umístěn na otočném a posuvném článku 12 tak, že otočný a posuvný člen 12 vytváří se snímaným objektem 11 jeden pohybující se segment f zajišťující řízenou kalibraci zařízení pro následnou detekci absolutní polohy objektu H· Zařízení pro bezkontaktní snímání pohybu objektu 11 je pro osvětlování objektu 11 koherentním nebo kvazikoherentním zářením tvořeno osvětlovacím blokem 2 sestávajícím jednak z vlastního zdroje 22 záření, realizovaného například laserem nebo laserovou diodou, pracujícím ve viditelné, blízké infračervené nebo blízké ultrafialové, oblasti spektra, a jednak z osvětlovací optické soustavy 21 polohovatelné ustavené v motorickém posuvném systému 23. Motorický posuvný systém je uložen mezi zkoumaným objektem 11 a vlastním zdrojem 22 záření a je napojen na řídicí a vyhodnocovací systém 4 tvořený například počítačovým systémem. Otočný a posuvný člen 12,In the basic embodiment of FIG. 1, the object 11 is positioned on the rotatable and movable member 12 such that the rotatable and movable member 12 forms with the sensed object 11 a moving segment f providing controlled calibration of the device for subsequent detection of the absolute position of the object. the sensing of the movement of the object 11 for illuminating the object 11 by coherent or quasi-coherent radiation consists of an illuminating block 2 consisting, on the one hand, of its own radiation source 22, realized for example by a laser or laser diode operating in the visible, near infrared or near ultraviolet spectrum; The motorized sliding system is disposed between the object to be examined 11 and the actual radiation source 22 and is connected to a control and evaluation system 4 formed, for example, by a computer system. Rotating and sliding member 12,
- j CZ 304207 B6 zdroj 22 záření, motorický posuvný systém 23 a řídicí a vyhodnocovací systém 4 jsou napojeny na napájecí zdroj 3 pracující buď autonomně, nebo je ovládán z řídicího a vyhodnocovacího systému 4. Ve zvolené rovině pozorování objektu il je umístěn obrazový snímač 5, například maticový nebo lineární snímač na bázi technologií CCD (Charged Coupled Device) nebo CMOS (Complementary Metal Oxid Semiconductor), který je rovněž napojen na řídicí a vyhodnocovací systém 4.The radiation source 22, the motor sliding system 23 and the control and evaluation system 4 are connected to a power supply 3 operating either autonomously or controlled from the control and evaluation system 4. In the selected observation plane of the object il is located an image sensor 5 , for example a matrix or linear sensor based on CCD (Charged Coupled Device) or CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) technology, which is also connected to a control and evaluation system 4.
Popsané zařízení uvedené na obr. 1 není jediným možným provedením podle vynálezu, ale jak plyne z obr. 2, lze pro zvýšení citlivosti sledování změn pohybu vložit mezi sledovaný segment i a obrazový snímač 5 zobrazovací optickou soustavu 6, například spojnou čočku, rozptylnou čočku nebo zobrazovací objektiv. Pokud je užito více obrazových snímačů 5, je možno vkládat odpovídající počet zobrazovacích optických soustav 6.The device described in Fig. 1 is not the only possible embodiment of the invention, but as shown in Fig. 2, an imaging optical system 6, such as a lens, a diffusing lens or an imaging lens, may be inserted between the segment and the image sensor 5 to increase the sensitivity. lens. If a plurality of image sensors 5 are used, a corresponding number of imaging optical systems 6 may be inserted.
Při detekci absolutní polohy osvětleného otáčejícího se nebo posunujícího se zkoumaného objektu lije nejprve, ve fázi kalibrace, pole koherenční zrnitosti generované tímto objektem zaznamenáno na obrazový snímač 5 a uloženo do jeho paměti nebo do paměti řídicího a vyhodnocovacího systému 4, a to pro každou polohu objektu 11 ve zvoleném rozsahu pohybu otočného a posuvného členu 12 nastaveného z řídicího a vyhodnocovacího systému 4. Následně, ve fázi měření a vyhodnocení detekce polohy otočení nebo posunutí objektu 11, je pro jeho konkrétní neznámou polohu zaznamenané pole koherenční zrnitosti porovnáváno se snímky polí koherenčních zrnitostí zaznamenaných při kalibraci. Pokud je poloha objektu při měření shodná s polohou při kalibraci, jsou identifikovány dva vysoce korelované intenzitní signály, měřicí a kalibrační, jak je příkladně uvedeno na obr. 3. V případě, že je neznámá poloha objektu 11 mimo kalibrační polohu, nejsou mezi měřicím intenzitním signálem a intenzitními signály kalibračními identifikovány žádné dva vysoce korelované signály, jak je příkladně uvedeno na obr. 4.When detecting the absolute position of the illuminated rotating or shifting object to be examined, first, in the calibration phase, the coherence grain field generated by the object is recorded on the image sensor 5 and stored in its memory or in the control and evaluation system 4 for each object position. 11 in the selected range of motion of the rotary and sliding member 12 set from the control and evaluation system 4. Subsequently, in the phase of measuring and evaluating the detection position of the rotation or displacement of the object 11, the recorded coherence grain field for its specific unknown position is compared to the coherence grain field images recorded. during calibration. If the position of the object in the measurement is the same as the calibration position, two highly correlated intensity signals, the measurement and the calibration signals, are identified, as shown in Fig. 3, if the unknown position of the object 11 is outside the calibration position. no two highly correlated signals were identified by the calibration signal and the intensity signals as exemplified in FIG. 4.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Způsob a zařízení podle vynálezu lze využít v případě požadavku na bezkontaktní detekci absolutní polohy pohybujícího se předmětu v celém rozsahu jeho pohybu, což je výhodné zejména v průmyslových a vědeckých aplikacích.The method and apparatus according to the invention can be used in the case of the requirement for contactless detection of the absolute position of the moving object over its entire range of motion, which is advantageous especially in industrial and scientific applications.
Claims (3)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-164A CZ304207B6 (en) | 2013-03-05 | 2013-03-05 | Method of contactless detection of moving object absolute position by making use of coherence granularity phenomenon and apparatus for making the same |
| EP13005711.0A EP2775268B1 (en) | 2013-03-05 | 2013-12-07 | A method of a non-contact detection of a moving object absolute position by making use of speckle effect and device for implementation of this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-164A CZ304207B6 (en) | 2013-03-05 | 2013-03-05 | Method of contactless detection of moving object absolute position by making use of coherence granularity phenomenon and apparatus for making the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2013164A3 CZ2013164A3 (en) | 2014-01-02 |
| CZ304207B6 true CZ304207B6 (en) | 2014-01-02 |
Family
ID=49752911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2013-164A CZ304207B6 (en) | 2013-03-05 | 2013-03-05 | Method of contactless detection of moving object absolute position by making use of coherence granularity phenomenon and apparatus for making the same |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2775268B1 (en) |
| CZ (1) | CZ304207B6 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10365370B2 (en) | 2016-10-31 | 2019-07-30 | Timothy Webster | Wear tolerant hydraulic / pneumatic piston position sensing using optical sensors |
| JP6928088B2 (en) * | 2016-12-01 | 2021-09-01 | ルーミンコード エーエス | Position detectors and methods that use optical projection references |
| CN111226092A (en) * | 2017-10-13 | 2020-06-02 | 霍尼韦尔国际公司 | Unmanned aerial vehicle ground level inspection system |
| CN108007352B (en) * | 2018-01-05 | 2024-03-15 | 洛阳理工学院 | Foot stress measuring device based on digital speckle correlation technology |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS618606A (en) * | 1984-06-22 | 1986-01-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Position detecting method |
| FR2618893A1 (en) * | 1987-07-31 | 1989-02-03 | Sagem | Improvements to apparatuses for shape recognition and/or position detection of an object in space |
| US5801390A (en) * | 1996-02-09 | 1998-09-01 | Nikon Corporation | Position-detection method and apparatus with a grating mark |
| JP2003098034A (en) * | 2001-09-26 | 2003-04-03 | Olympus Optical Co Ltd | Lens face spacing measuring device and measuring method |
| CZ20033219A3 (en) * | 2003-11-26 | 2005-07-13 | Univerzita Palackého | Device for contactless scanning of object position stability |
| CZ302107B6 (en) * | 2007-11-15 | 2010-10-20 | Univerzita Palackého | Device for contactless sensing and quantitative evaluation of movement of human eye or general physical objects |
| US20110310397A1 (en) * | 2010-06-17 | 2011-12-22 | Mori Seiki Co., Ltd | Position detection device |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9012004D0 (en) * | 1990-05-30 | 1990-07-18 | Univ Southampton | Laser torquemeter |
| JPH05215532A (en) * | 1992-02-03 | 1993-08-24 | Ono Sokki Co Ltd | Encoder |
| DE69806952T2 (en) * | 1997-05-16 | 2002-11-21 | Forskningscenter Riso, Roskilde | SPECKLE METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING ANGLE SHIFTING, SURFACE SHIFTING AND TORSION |
| US7400415B2 (en) * | 2005-03-15 | 2008-07-15 | Mitutoyo Corporation | Operator interface apparatus and method for displacement transducer with selectable detector area |
-
2013
- 2013-03-05 CZ CZ2013-164A patent/CZ304207B6/en not_active IP Right Cessation
- 2013-12-07 EP EP13005711.0A patent/EP2775268B1/en not_active Not-in-force
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS618606A (en) * | 1984-06-22 | 1986-01-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Position detecting method |
| FR2618893A1 (en) * | 1987-07-31 | 1989-02-03 | Sagem | Improvements to apparatuses for shape recognition and/or position detection of an object in space |
| US5801390A (en) * | 1996-02-09 | 1998-09-01 | Nikon Corporation | Position-detection method and apparatus with a grating mark |
| JP2003098034A (en) * | 2001-09-26 | 2003-04-03 | Olympus Optical Co Ltd | Lens face spacing measuring device and measuring method |
| CZ20033219A3 (en) * | 2003-11-26 | 2005-07-13 | Univerzita Palackého | Device for contactless scanning of object position stability |
| CZ302107B6 (en) * | 2007-11-15 | 2010-10-20 | Univerzita Palackého | Device for contactless sensing and quantitative evaluation of movement of human eye or general physical objects |
| US20110310397A1 (en) * | 2010-06-17 | 2011-12-22 | Mori Seiki Co., Ltd | Position detection device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2775268A1 (en) | 2014-09-10 |
| EP2775268B1 (en) | 2019-10-16 |
| CZ2013164A3 (en) | 2014-01-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Absolute optical imaging position encoder | |
| Leach | Optical measurement of surface topography | |
| CZ304207B6 (en) | Method of contactless detection of moving object absolute position by making use of coherence granularity phenomenon and apparatus for making the same | |
| Osten | Optical metrology: from the laboratory to the real world | |
| Harshavardhan et al. | 3D Surface Measurement through Easy-snap Phase Shift Fringe Projection | |
| KR102016740B1 (en) | Multi-factor measurement system in multi-position of test specimen and operation method for the same | |
| Guo et al. | A nanomeasuring machine based white light tilt scanning interferometer for large scale optical array structure measurement | |
| Jian et al. | Task-Specific Near-Field Photometric Stereo for Measuring Metal Surface Texture | |
| CZ25644U1 (en) | Apparatus for contactless detection of moving object absolute position by making use of coherence granularity | |
| JP5825622B2 (en) | Displacement / strain distribution measurement optical system and measurement method | |
| Hýbl et al. | Information-efficient white-light interferometry | |
| Li et al. | High-precision large deflection measurements of thin films using time sequence speckle pattern interferometry | |
| Zhao et al. | Strain microscope with grating diffraction method | |
| Badaloni et al. | Out-of-plane motion evaluation and correction in 2D DIC | |
| Ulm et al. | A concept for a large-scale non-contact strain measurement system using nanostructures | |
| CN105008903A (en) | Method and device for analyzing the surface of a substrate | |
| Knauer et al. | 3D sensor zoo–Species and natural habitats | |
| Kalms et al. | Advanced shearographic system for nondestructive testing of industrial and artwork components | |
| CZ2007797A3 (en) | Device for contactless sensing and quantitative evaluation of movement of human eye or general physical objects | |
| Zhukovskiy et al. | Study of Surface Microstrains by Electron Speckle-Interferometry Methods | |
| Ferrer et al. | Calibration of a photographic slider for subpixel tracking tests on heavy objects | |
| Lamberti et al. | Advancement of Optical Methods in Experimental Mechanics, Volume 3: Proceedings of the 2017 Annual Conference on Experimental and Applied Mechanics | |
| Andriesh | Retrieval of quantitative information from images | |
| Hagara et al. | The knowledge acquired by using of optical methods by strain fields investigation | |
| Yu et al. | Instrumentation and Techniques for Geometrical and Mechanical Quantity Measurement |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20170305 |